Информационная система поддержки принятия решений при проектировании процесса производства углеродных нанотрубок и фуллеренов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат технических наук Реутова, Мария Вячеславовна

• Реутова, Мария Вячеславовна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Реутова, Мария Вячеславовна

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. Обзорно-аналитические исследования в области производства углеродных нанотрубок и фуллеренов и особенности автоматизированного проектирования.

1.1 Особенности автоматизированного проектирования процесса производства углеродных нанотрубок и фуллеренов.

1.2 Применение наноматериалов и технологий на их основе.

1.3 Определение основных признаков углеродных нанотрубок и фуллеренов.

1.4 Методы получения углеродных нанотрубок и фуллеренов.

1.5 Аналитическая процедура Саати в автоматизированном проектировании.

1.6 Постановка задачи исследования.

2. Теоретический подход к решению задачи создания элементов автоматизированной системы проектирования процесса производства углеродных нанотрубок и фуллеренов.

2.1 Схема процесса автоматизированного проектирования оборудования для производства углеродных нанотрубок и фуллеренов.

2.2 Алгоритмы методики моделирования оборудования для производства углеродных нанотрубок и фуллеренов.

2.3 Математические модели объектов проектирования.

2.4 Имитационное моделирование.

2.5 Иерархическая структура технико-экономического проектирования.

2.6 Выводы по главе 2.

3. Построение физико-математических моделей процессов формирования углеродных нанотрубок и фуллеренов.

3.1 Модели физических процессов, происходящих в установке при формировании углеродных нанотрубок и фуллеренов.

3.2 Модели полиморфных структурных изменений углеродных нанотрубок и фуллеренов.

3.3 Влияние магнитного поля на формирование углеродных нанотрубок и фуллеренов.

3.4 Дуалистический подход к определению основных физических параметров углеродных нанотрубок и фуллеренов.

Выводы по главе 3.

4. Морфологический анализ в организации поиска технических решений устройств для производства углеродных нанотрубок и фуллеренов.

4.1 Особенности морфологический анализа при поиске технических решений.:.

4.2 Методы поиска технических решений.

4.3 Варианты технических устройств для получения и применения углеродных нанотрубок и фуллеренов.

Выводы по главе 4.

5. Методика выбора оптимального варианта технологического решения процесса производства углеродных нанотрубок и

5.1 Выбор вариантов процесса производства углеродных нанотрубок и фуллеренов.

5.2 Метод Саати при структурировании множества альтернатив получения углеродных нанотрубок, фуллеренов и кластеров.

5.3 Выбор оптимального варианта технологического решения с учетом себестоимости научно-технической продукции.

Выводы по главе 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Информационная система поддержки принятия решений при проектировании процесса производства углеродных нанотрубок и фуллеренов»

В процессе развития науки и техники, создаваемые технические системы и устройства становятся все более сложными. Широкое внедрение компьютеризации в условиях научно-технического прогресса обеспечивает рост производительности труда в различных областях производства.

Развитие микроэлектроники, переход на нанотехнологии требует использования различных углеродных соединений. Внедрение таких соединений сдерживается сложностью проектирования процесса производства, отсутствием моделей и способов его оценки на отдельных стадиях разработки. Поэтому актуальна разработка элементов автоматизированных систем проектирования, включающая комплекс методических средств и моделей, а также способов оценки качества проекта в целом.

Одним из наиболее мощных средств для исследования и проектирования технических систем является моделирование. Использование моделирования, начиная с ранних стадий проектирования, и постепенное накопление информации за счет уточнения и детализации модели позволяет говорить о расширяемой адаптивной модели всего цикла проектирования. Соответственно, при анализе различных свойств объекта проектирования (ОП) модельное представление должно формироваться наиболее подходящим для этой цели образом, независимо от конкретного процесса или этапа проектирования, и сохранять все требуемые свойства проектируемого объекта.

Современные технологии замедляются не столько отсутствием научных достижений и инженерных идей, сколько сроками и не всегда удовлетворительным качеством их реализации при конструкторско-технологической разработке. Одним из направлений решения этой проблемы является создание и развитие автоматизированных систем проектирования различных нанотехнологических процессов, в том числе процесса производства углеродных нанотрубок и фуллеренов.

Создание автоматизированной системы проектирования оборудования для производства углеродных нанотрубок и фуллеренов невозможно без создания информационной системы поддержки принятия решений на каждом этапе проекта.

Поэтому разработка элементов автоматизированной системы проектирования процесса производства углеродных нанотрубок и материалов является задачей актуальной и своевременной.

Цель работы: Целью диссертационной работы является разработка информационной системы поддержки принятия решений, при проектировании оборудования для производства углеродных нанотрубок и фуллеренов. Это позволит развить и усовершенствовать методы получения углеродных наноматериалов в промышленных количествах, с целью последующего их использования, сократить время процесса проектирования, выбрать наилуЧШйе варианты среди спроектированных* рассчитать эЛёЩЭоШ1Ш1:йШ й МйРййТНШ системы оборудования, § йсйояш&анйём рашшиш pfpteSj шшйшщ на управляемые параметры, процесса производства углеродных нанотрубок и фуллеренов.

Задачи исследований. Для реализации поставленной цели выполнен следующий комплекс исследований: '

L Проведены аналитические исследования в областях производства углеродных наноструктур и средств автоматизированного проектирования.

2. Рассмотрен теоретический подход решения задачи создания элементов автоматизированной системы проектирования процесса производства углеродных нанотрубок и фуллеренов.

3. Разработаны математические модели формирования углеродных нанотрубок и фуллеренов.

4. На основе морфологического анализа-синтеза созданы технические решения устройств, для формирования углеродных нанотрубок и фуллеренов.

5. Созданы алгоритмы и пакеты прикладных программ, которые войдут в основу разрабатываемой информационной системы поддержки принятия решений при проектировании процесса производства углеродных нанотрубок и фуллеренов.

Методы исследования.

В качестве методов исследования в работе используются положения теории систем, теории множеств, теории принятия решения, имитационная модель, морфологический анализ-синтез уже известных методов получения углеродных нанотрубок и фуллеренов и, на основе изученного, предложены новые варианты решения этой задачи с внесением дополнительных устройств.

Научная новизна обусловлена:

1. Созданием информационной системы поддержки принятия решений при проектировании процесса производства углеродных нанотрубок и фуллеренов.

2. Предложенными моделями полиморфных структурных изменений В углеродных нанртрубках и фуллеренах;

3. Моделью штат мамтнога ваяя м фармяршние ушроднш нанотрубок И фуЯйёренОВ.

4. Физической моделью процессов, протекающих при образовании углеродных нанотрубок и фуллеренов.

Практическая значимость. L Предложено автоматизированное рабочее место (АРМ) для разработчика процесса производства углеродных нанотрубок и фуллеренов. Z Разработаны технологические устройства для получения углеродных нанотрубок и . фуллеренов, а также технологическое устройство с использованием углеродных нанотрубок.

3. Созданы программные продукты по расчету магнитных и электромагнитных систем оборудования для производства углеродных нанотрубок и фуллеренов (Свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ №2003611934 и №2003611935).

Достоверность результатов. Достоверность проведенных теоретических исследований обеспечивается строгим математическим обоснованием предлагаемых подходов и методов, а также сравнением с теоретическими данными, известными в литературе и полученными автором.

Реализация и внедрение результатов работы.

Теоретические и практические результаты используются в учебном процессе МИЭМ и практике системного конструирования для производства материалов и приборов электронной техники в НИИ микроэлектроники и информационно - измерительной техники, НИИ перспективных материалов и технологий, НИИ систем управления, волновых процессов и технологий. Основные положения, выносимые на защиту.

1. Математические модели формирования углеродных нанотрубок и фуллеренов.

2. Результаты теоретических исследований физических процессор происходящих при образований углеродных нанотрубок й фулЛёрбШй.

3. МорфешеГйчббКйЙ айалиЗчшнт 8 ©РШЙЩЙЙ й@йШ т§М*Шё§МйМ решений ётруктурйш mm ygtpeteSj да ©брзбвайия ушрдйньй йшедрш и фуллеренов.

4. Применение метода Саати в задаче принятия решения при практической реализации элементов автоматизированного проектирования процесса производства углеродных нанотрубок и фуллеренов.

5. Создание информационной системы поддержки принятия решений при проектировании процесса производства углеродных нанотрубок и фуллеренов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника»; на научно-технической конференции «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и качества», а также на конференциях МГИЭМ для молодых ученых и специалистов в 2002, 2003, 2004гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе получено 2 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ, сделано 2 доклада на Всероссийских конференциях, написано 4 депонированных статьи, получено 3 патента РФ на полезные модели.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, заключения, списка литературы и приложения.

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Реутова, Мария Вячеславовна

Выводы по главе 5

1. Рассмотрен выбор вариантов процесса производства углеродных нанотрубок и фуллеренов.

2. Произведен выбор наилучшего объекта проектирования с учетом технических и экономических требований с помощью метода Саати.

3. Рассмотрен выбор оптимального варианта технологического решения с учетом себестоимости научно-технической продукции.

Заключение.

1. Информационная система поддержки принятия решений является составной частью системы автоматизации проектирования процесса производства углеродных нанотрубок и фуллеренов. Показана экономическая и технологическая целесообразность разработки элементов такой автоматизированной системы.

2. Разработанная модель влияния магнитного поля на формирование в электромагнитной дуге углеродных нанотрубок и фуллеренов является составной частью информационной системы поддержки принятия решений при проектировании процесса производства углеродных нанотрубок и фуллеренов.

3. Предложенная база знаний позволяет разработчикам на основе морфологического анализа-синтеза создавать технические решения устройств, соответствующие критериям патентоспособной новизны, изобретательского уровня и промышленной применимости и обеспечивающие снижение затрат на производство углеродных нанотрубок и фуллеренов.

4. Разработанная информационная система поддержки принятия решений при проектировании устройств для формирования углеродных нанотрубок и фуллеренов обеспечивает рациональный выбор технических решений таких устройств из множества полученных, на основе морфологического анализа-синтеза.

5. На основе предложенных алгоритмов и пакетов прикладных программ разработаны элементы автоматизированной системы проектирования процесса производства углеродных нанотрубок и фуллеренов, позволяющие сократить время проектирования оборудования для получения наноструктур.

6. На основе разработанных элементов автоматизированной системы предложены структурные схемы оборудования для производства углеродных нанотрубок с заданными электрическими свойствами в зависимости от угла хиральности и количества слоев в трубке. Аналитическая иерархическая процедура Саати позволяет производить выбор наилучшего объекта проектирования с учетом технических и экономических требований.

7. Основным результатом диссертационной работы можно считать создание информационной системы поддержки принятия решений при разработке процесса производства углеродных нанотрубок и фуллеренов, имеющей существенное значение при разработке системы автоматизации проектирования нанотехнологического оборудования. Предложенная информационная система позволяет принимать научно обоснованные, технически целесообразные, экономически и технологически выгодные разработки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Реутова, Мария Вячеславовна, 2004 год

1. http,7/elmech.mpei.ac.ru/honies/Petrichenko/bac2.htnil

2. Борисеико В.Е. Наиоэлектроника основа информационных систем XXI века.

3. Чумаченко Б., Лавров К. Нанотехнологии ключевой приоритет обозримого будущего.

4. Рыбалко В.В. Наноразмерные углеродсодержащие материалы. -М.:МГИЭМ. 2003г. 50с. ил.

5. Нанотехнологические процессы и установки. Лускинович П.Н. и др.// сб. докладов. Математическое моделирование нанотехнологических процессов и наноструктур. Труды научных семинаров. -М.:ММФК 2001. -116с.

6. Романшина Д. Нанотрубки: венец полупроводниковой технологии.

7. Раков Э.Г. Удивительные нанотрубки: свойства.

8. Чудеса нанотехники. Часть первая: наноначало, membrana (http://www.membrana.rU/articles/simply/2002/01/29/163800.html)

9. Журавлева Л.Н., Епифанов В.ГТ. Пинцет для сканирующего зондового микроскопа

10. Нанотехнологии и вычислительная математика. Г.Г. Еленин // сб. докладов. Математическое моделирование нанотехнологических процессов и наноструктур. Труды научных семинаров. М.:МИФИ. 2001. -116с.

11. ТМордкович В.З. Соломинки для микробов.

12. Неволин В.К. Электронные устройства с элементами нанометровых размеров.// Электронная промышленность, 10,20.

13. Углеродные нанотрубки. Золотухин И.В., 1999, ФИЗИКА

14. Дьячков. Углеродные нанотрубки.

15. Посецельский А. А., Крашенинников А.П. Скоростные нанотрубки.

16. Ученые Bell Labs открыли эру наноэлектроники. mirjucent ru №9 -2001.

17. NewScietist Игра в бакибол. Ломоносов №5 2003г.

18. Большое количество ультрадисперсного порошка с различными фуллеренами. fullerenyproryv.htm

19. Елецкий А.В. «Экзотические» объекты атомной физики, 1999, ФИЗИКА.

20. Соколов В. И., Станкевич И. В. Фуллерены новые аллотропные формы углерода: структура, электронное строение и химические свойства//Успехи химии, т.62 (5), с.455, 1993.

21. Фуллерены и фуллереноподобные структуры— основа перспективных материалов. М. Э. Шпилевский, Э. М. Шпилевский, В. Ф. Стельмах.

22. Новый лазерно-порошковый метод синтеза одностенных углеродных нанотрубок. Углов С.А., Большаков А.П., Савельев А.В., Конов В.И., Горбунов А.А., Помпе В., Граф А.

23. Саати Т. принятие решений. Метод анализа иерархий. М.: Радиосвязь, 1993г.

24. Тумковский С.Р. РТУиС, МГИЭМ. Курс лекций «"Автоматизированное проектирование РЭС"»

25. Норенков И.П., Маничев В.Б. Основы теории и проектирования САПР: Учеб, Для втузов. М.: Высш. щк., 1930.- 335с.; ил.

26. Ивашов Е.Н., Реутова М.В, Модель влияния магнитного поля на формирование углеродных нанотрубок и фуллеренов. Деп. рукопись ВИНИТИ № 2327 В. 2003: 31.12.2003. 6с., илл.

27. Ивашов Е.Н., Реутова М.В. Технологические устройства для получения наноструктур с использованием углеродных нанотрубок. Сборник докладов научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника».-М. :МГИЭМ, 2003, Судак - 03.

28. Ивашов Е.Н., Кузькин В.Н., Реутова М.В. Технологическое устройство для наноперемещений изделия. Патент РФ на пол. мод. №30041 Опуб. 10.06.03 Б.И .№16

29. Пьезопривод для наноперемещений. Патент РФ на пол. мод. №30034 Опуб. 10.06.03 Б.И .№16.

30. ЗО.Ивашов Е.Н., Реутова М.В.Технологические устройства для получения наноструктур с использованием углеродных нанотрубок.

31. Алексеев О.В., Головков А.А., Пивоваров И.Ю. и др. Автоматизация проектирования радиоэлектронных средств,- М.: Высш. шк. 2000г.- 479 е., шт.

32. Быков В.П. Методическое обеспечение САПР в машиностроении. Ленингр. Отделение, 1989г.-255с.

33. Корячко В.П. и др. Теоретические основы САПР: Учебник для вузов/ В.П. Корячко, В.М. Курейчик, и.П. Норенков. М.: Энергоатомиздат, 1987. -400 е.: ил.

34. Зародов А.Ф. Представление иерархии моделей при проектировании Систем. //Аэрокосмические технологии, сб. трудов, МГТУ, 2003, с. 125

35. Солодовников И.В., Зародов А.Ф. Использование методов имитационного моделирования в исследовании экологических систем. Тр. Сем. «Новые информационные технологии». JVT-: МИЭМ, 2001, с. 21-27.

36. Киндлер Е. Языки моделирования. ~ М.: Энергоатомиздат, 1985, 288 с.

37. Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. -М.: Мир, 1973, 344 с.

38. Минский М. Фреймы для представления знаний. М.: Энергия, 1979, 151 с.

39. Антамонгкин А.Н. и др. Системный анализ: Проектирование, оптимизация и приложения: Учебное пособие. В 2-х томах. Том 2,-Красноярск: Сибирская аэрокосмическая академия, 1996. 290 с.

40. Фоминых В.П. Оборудование и технология дуговой сварки. Учебн. пособие для профес.- ехн. Училищ. М., «Машиностроение», 1966г.- 312с., ил.

41. Элементарный учебник физики. Под редакцией Г. С. Ландсберга. Том 2. Электричество и магнетизм. М., 1973г. 528 стр., с ил л.

42. Трофимова Т.И. Учеб. пособие для вузов. 7-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2002.-542 е.: ил.

43. Ивашов Е.Н., Реутова М.В. Углеродные нанотрубки в системахизмерения, контроля и качества. Сборник докладов научно-технической146конференции «Датчики и преобразователи систем измерения, контроля и управления».-03.-М.: МГИЭМ, 2003, Судак -03.

44. Фролов В.В. и др. Теоретические основы сварки. М.: Высшая школа, 1970.-592с., ил.

45. Трофимова Т.И. Физика в таблицах и формулах: Учебн. Пособие для студентов вузов. 2-е изд., испр. - М.: Дрофа, 2004. - 432 е.: ил.

46. Ивашов Е.Н., Реутова М.В. Модели полиморфных структурных изменений в углеродных пал отрубках и фуллеренах. Деп. рукопись ВИНИТИ № 2326 В. 2003: 31.12.2003. 5с., илл.

47. Ивашов Е.Н., Реутова М.В. Моделирование процессов, протекающих при образовании углеродных наноструктур. Деп. рукопись ВИНИТИ № 2324 В. 2003: 31.12.2003.-6с., илл.

48. Мейер К. Физико-химическая кристаллография. Перев. с нем. М., «Металлургия», 1972г., с.480.

49. Гешензон Е.М. Молекулярная физика: Учеб. Пособие для студ. Высш. пед. учеб. заведений/ Е.М. Гершензон, Н.Н. Малов, Л.Н. Мансуров. М,: Издательский центр «Академия», 2000. - 272 е., илл.

50. Фоминых В.П. Яковлев А.П. Электросварка. Учебн. пособие для профес,-техн. Училищ. М., «Высшая школа», 1970г.- 304с., ил.

51. Постоянные магниты: Справочник. Под редакцией Ю.М. Пятина. М., «Энергия», 1971. 376 е., с илл.

52. Савостьянов В.П., Филатова Г. А., Филатов В.В. Расчет и конструирование деталей аппаратуры САУ: Учеб. для техникумов. М : Машиностроение, 1982,- 328с.,ил.

53. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи.- М.: Радио и связь, 2000. 468с., ил.Иванов И.П. Углеродные нанотрубки: их свойства и применение.

54. Слепцов В.В. Фундаментальные научные и технические вопросы.

55. Ивашов Е.Н., Кузькин В.Н., Реутова М.В. Технологическое устройство для наноперемещений изделия. Патент РФ на пол. мод. №30041 Опуб. 10.06.03 Б.И .№16

56. Ивашов Е.Н., Реутова М.В. Технологические устройства для получения наноструктур с использованием углеродных нанотрубок. Сборник докладов научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника».-М.МГИЭМ, 2003, Судак-03.

57. Ивашов Е.Н., Павлов А.Ю., Пискарев Д.А., Реутова М.В., Степанов М.В. Колебательный контур для наноэлектроники. Патент РФ на пол. мод. №40539. Опубликована 16.03.04 Б. №25

58. Петренко А.И., Семенков О.И. основы построения систем автоматизированного проектирования. 2-е изд., стер. - К.:Вища шк. Головное издательство, 1985г. - 294с.

59. Семенкин Е.Н., Семенкина О.Э., Терсков В.А. Методы оптимизации в управлении сложными системами: Учебное пособие. Красноярск: сибирский юридический институт МВД России, 2000г. - 254с.

60. Иващов Е.Н., Реутова М.В. Применение метода Саати при структурировании множества альтернатив получения углеродных нанотрубок, фуллеренов и кластеров. Деп. рукопись ВИНИТИ № 2325 В. 2003: 31.i2.2003.- 12с., илл.

61. Смирнов С.А. Оценка интеллектуальной собственности: М.: Финансы и статистика, 2002г.- 352с.: ил.Неволин В.К. Физические основы туннельно-зондовой нанотехнологии. Уч. Пособие. М. 2000г.

62. Ивашов Е.Н., Степанчиков С.В., Реутова М.В., Дульцев А.А. Расчет магнитных систем вакуумного технологического оборудования. -Свидетельство об офиц. регистр. прогр. для ЭВМ №2003611934. Зарегистр. в Реестре 22.08.03.

63. Патентообладатель(ли): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электроники и математики (технический университет) (RU)1. Автор(ы). см. на обороте1. Заявка №2004107377

64. Приоритет полезной модели 16 марта 2004 г. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 10 сентября 2004 г.

65. Срок действия патента истекает 16 марта 2009 г.

66. Руководитель Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам1. Б.П. СимоновШ